Pin mặt trời

Richard Hantula
Trần Nghiêm dịch







Năng lượng vô tận ............................................................ 1
Tế bào mặt trời đa công dụng ..........................................3
Năng lượng từ ánh sáng mặt trời .....................................5
Tìm hiểu điện năng ..........................................................7
Ngược dòng lịch sử ...........................................................9
Bên trong một tế bào mặt trời ........................................ 11
Ghép các tế bào mặt trời ................................................ 13
Các tấm pin mặt trời gia dụng ........................................ 15
Ưu điểm của các tấm pin mặt trời ..................................18
Nhược điểm của các tấm pin mặt trời ........................... 20
Ủng hộ điện mặt trời ......................................................22
Các tế bào mặt trời ngày một hiệu quả hơn ...................24
Nhiều sản phẩm năng lượng mặt trời hơn .....................26
Thuật ngữ ...................................................................... 28
1

Điện năng là một dạng năng lượng quan
trọng. Nó thắp sáng khu vực Seattle ở
Washington.

Các tấm khai thác năng lượng mặt trời cấp
điện cho xe tự hành thám hiểm sao Hỏa.
Năng lượng có nhiều dạng khác nhau.
Ánh sáng là một dạng năng lượng.
Nhiệt là một dạng năng lượng. Điện
cũng là một dạng năng lượng.
Thường thì một dạng năng lượng này
có thể chuyển hóa thành dạng khác.
Thực tế này rất quan trọng vì nó giải
thích làm thế nào chúng ta có được
điện năng, cái chúng ta sử dụng với
nhiều phương thức khác nhau. Điện
năng được sử dụng để thắp sáng đường
phố và nhà cửa, để chạy máy vi tính và
ti vi, và để chạy nhiều máy móc và
thiết bị khác dùng ở nhà, ở trường học
và ở công sở.
Một phương pháp thu lấy điện năng là
đốt cháy nhiên liệu như dầu hỏa hoặc
than đá. Sự cháy của nhiên liệu như

vậy tạo ra nhiệt. Nhiệt làm cho nước
sôi lên và chuyển thành hơi nước. Hơi
nước làm chạy một cỗ máy gọi là
tuabin để phát ra điện. Thông thường,
dòng điện này được tải vào hệ thống
lưới điện công cộng, qua các dây dẫn,
đến từng nhà, đến trường học và cơ sở
làm việc trong một khu vực rộng lớn.
Phương pháp sản xuất điện như thế này
là phổ biến. Nhưng nó có một số hạn
chế. Hành tinh của chúng ta chỉ có thể
chu cấp dầu hỏa và than đá với trữ
lượng có hạn. Chúng là loại nhiên liệu
không thể hồi phục. Một khi đã qua
sử dụng thì chúng không còn nữa.
2

Đồng thời, chúng giải phóng các chất
khí khi đốt cháy. Những chất khí này
có thể làm nhiễm bẩn, hay nhiễm độc,
không khí, và một số chất khí này có
thể làm biến đổi khí hậu của Trái đất.


Năng lượng tự do và năng lượng sạch
Một cách sản xuất điện năng là sử dụng ánh sáng mặt trời. Ánh
sáng mặt trời là tự do và không bao giờ cạn kiệt. Đồng thời, nó
còn có rất nhiều nữa. Năng lượng của ánh sáng mặt trời chiếu
tới trái đất trong một giờ nhiều hơn năng lượng cả thế giới sử
dụng trong một năm.

Một dụng cụ nhỏ gọi là tế bào mặt trời có thể sản xuất điện
năng ngay từ ánh sáng mặt trời (trong tiếng Anh, “solar” có
nghĩa là phải làm cái gì đó với Mặt trời). Một tế bào mặt trời
không thải ra bất kì chất khí nào. Nó cũng chẳng gây ồn ào gì.
Một tấm pin mặt trời là một nhóm tế bào mặt trời hoạt động
đồng bộ với nhau.
Việc sử dụng các tế bào mặt trời đang phát triển nhanh ở Mĩ và
các quốc gia khác.




Việc cấp điện ở những nơi xa xôi
Các tấm pin mặt trời là một phương pháp di động sản xuất điện năng ở những
nơi xa xôi, nơi chẳng có mạng lưới điện nào. Chúng cấp điện thắp sáng đèn hiệu
tại các đường băng ở Nam Cực. Chúng được sử dụng trên phi thuyền vũ trụ và
trên “xe tự hành” thám hiểm Hỏa tinh.
3





Các tế bào mặt trời và pin mặt trời có
rất nhiều công dụng. Chúng có mặt
trong mọi thứ như máy tính bỏ túi,
đồng hồ và đèn flash máy ảnh. Có
các món đồ chơi, radio, máy hát nhạc
MP3 cấp nguồn bằng ánh sáng mặt
trời. Có điện thoại di động và máy

nhắn tin sử dụng năng lượng mặt trời.
Việc sử dụng năng lượng mặt trời
với các nguồn như thế này có nghĩa
là bạn không bao giờ phải lo lắng về
việc hết pin cả.
Các tấm pin mặt trời thỉnh thoảng
được sử dụng để sản xuất điện thắp
sáng đèn phố và các trạm xe bus.
Chúng có thể sản xuất điện cấp cho
các buồng điện thoại đường phố hay
các vạch đỗ xe trong công viên hoạt
động. Thậm chí một số máy ATM
(máy rút tiền hoặc nạp tiền vào tài
khoản ngân hàng của bạn) cũng có
các tấm pin mặt trời.
Nhà cửa sử dụng các tấm pin mặt trời
thường lắp chúng trên mái nhà.

Cấp điện cho nhà cửa
Bóng đèn trên trần nhà và mọi loại máy móc, dụng cụ điện sử
dụng trong nhà, tại trường học và nơi công sở lấy điện từ các dây
dẫn chạy trên tường hoặc xuyên bên trong tường. Thường thì
điện cấp cho nhà cửa lấy từng mạng lưới điện địa phương.
Nhưng người ta cũng có thể sử dụng các tấm pin mặt trời để cấp
điện song song với điện lưới. Thỉnh thoảng, người ta đặt các tấm
pin mặt trời trên mái nhà của họ. Những tòa nhà lớn cũng có thể
lắp chúng. Chúng giúp chúng ta tiêu thụ ít điện năng đắt đỏ từ
mạng lưới cung cấp của công ti điện. Ngoài ra, chúng còn hỗ trợ
4
trong trường hợp mất điện, hay mạng lưới điện gặp sự cố.

Ở một số nơi, bản thân mạng lưới điện còn thu một phần điện
năng từ các tấm pin mặt trời.


Chiếc Zephyr cấp nguồn bằng năng lượng mặt trời
có thể ở trong không khí hàng ngày liền.


Máy bay mặt trời
Các tấm pin mặt trời còn được sử dụng trên máy bay mặt trời – nhưng chỉ có vài
ba chiếc thôi. Vấn đề là chúng khó sử dụng trên máy bay. Chúng cần bao phủ
một diện tích lớn mới sinh ra đủ điện năng. Khi trời tối, thì chúng không hoạt
động nữa. Chiếc máy bay đầu tiên cấp nguồn bằng năng lượng mặt trời bay
được một khoảng cách xa là chiếc Solar Challenger. Nó đã băng qua Eo biển
Anh ở châu Âu vào năm 1981. Các cánh của nó có hơn 16 000 tế bào mặt trời.
Vào năm 2008, chiếc Zephyr-6 đã bay được hơn ba ngày trong không trung. Nó
là một chiếc máy bay không người lái. Nó mang theo các bộ pin dự trữ điện
năng do các tấm pin mặt trời sản xuất ban ngày để tiếp tục hoạt động vào ban
đêm.

5





Mặt trời liên tục giải phóng năng lượng. Năng lượng đó lan đi trong không gian
dưới dạng bức xạ điện từ. Có vài loại bức xạ điện từ. Ánh sáng là một loại.
Sóng vô tuyến là một loại nữa.
Bức xạ điện từ truyền đi giống như những con sóng truyền đi trong nước. Giống

như sóng nước, nó là một chuỗi đỉnh sóng và hõm sóng. Một trong những thứ
mà các loại bức xạ điện từ khác nhau là bước sóng của chúng. Đây là khoảng
cách giữa hai đỉnh sóng (hoặc hai hõm sóng) liên tiếp trong một hàng. Bước
sóng của sóng vô tuyến thì dài hơn bước sóng của ánh sáng. Trong các loại ánh
sáng, ánh sáng đỏ có bước sóng dài hơn bước sóng của ánh sáng xanh.


Mặt trời sáng rực với nguồn năng lượng gần như vô tận

6
Tế bào mặt trời sử dụng ánh sáng như thế nào ?
Chỉ một phần năng lượng Mặt trời gửi đến Trái đất thật sự đến được mặt đất.
Một phần năng lượng mặt trời bị phản xạ trở vào trong không gian. Một phần thì
bị không khí hấp thụ. Phần lớn năng lượng mặt trời đến được mặt đất ở dạng ánh
sáng nhìn thấy. Các tế bào mặt trời có thể khai thác ánh sáng này để sản xuất
điện năng. Nhưng chúng không hoạt động đồng đều với mọi dạng ánh sáng.
Những loại tế bào mặt trời khác nhau sử dụng những bước sóng ánh sáng khác
nhau. Điều này có nghĩa là một tế bào chỉ sử dụng một phần năng lượng mặt trời
mà nó nhận được.


Những loại bức xạ điện từ khác nhau có bước sóng khác nhau. Các tế bào mặt trời
sử dụng những bước sóng nhất định thuộc dải ánh sáng nhìn thấy để sản xuất điện
năng.




Pin quang điện
Một tên gọi khác cho các tế bào mặt trời là tế bào quang điện. Tên gọi này hợp

lí, vì quang có nghĩa là “ánh sáng”, và điện ám chỉ điện năng.
7






Người ta thường nghĩ điện là cái gì
đó đang chạy đi. Thật ra, điều đó rất
đúng. Điện là một dòng chảy gồm
những hạt rất nhỏ gọi là electron.
Dòng chảy đó được gọi là dòng điện.
Có hai loại dòng điện. Một là điện
một chiều (DC). Đây là dòng điện
không đổi. Nó luôn luôn chạy theo
một hướng. Pin và tế bào mặt trời tạo
ra điện một chiều. Loại điện kia là
điện xoay chiều (AC). Đây là dòng
điện biến đổi. Nó đổi chiều nhiều lần
trong một giây. Mạng lưới điện cung
cấp điện xoay chiều. Đa số các dụng
cụ điện trong nhà sử dụng điện xoay
chiều.



Các tấm pin mặt trời tại Căn cứ Không quân Nellis ở Nevada, Mĩ. Nhà máy
quang điện Nellis là nhà máy điện mặt trời lớn nhất ở Mĩ.

8
Đo điện năng
Công suất điện là tốc độ sử dụng điện
năng. Nó được đo bằng watt. Một
bóng đèn 100 watt thì sáng hơn một
bóng đèn 60 watt. Nó tiêu thụ nhiều
điện năng hơn. (Khi nói tới những
lượng lớn của watt, người ta sử dụng
các đơn vị lớn hơn: 1 kilowatt là 1000
watt, 1 megawatt là 1 triệu watt).
Một đơn vị quan trọng nữa là watt giờ.
Nó đo lượng điện năng sản sinh ra hay
bị tiêu thụ trong một khoảng thời gian.
Nó bằng 1 watt công suất trong thời
gian 1 giờ. Một đơn vị tương tự nhưng
lớn hơn là kilowatt giờ. Đây là 1000
watt trong 1 giờ. Một bóng đèn 100
watt hoạt động trong 10 giờ sử dụng
1000 watt giờ điện năng. Giá trị này
bằng 1 kilowatt giờ.

Loại công tơ điện tiêu biểu này được sử
dụng để đo xem bao nhiêu kilo watt giờ
đã được tiêu thụ.



Đi tìm các electron
Dòng điện không phải là nơi duy nhất người ta có thể tìm thấy các electron.

Chúng còn có mặt trong những hạt nhỏ gọi là nguyên tử cấu tạo nên mọi thứ mà
chúng ta thấy xung quanh mình. Mỗi nguyên tử có một tâm, gọi là hạt nhân. Hạt
nhân này chứa ít nhất một hạt gọi là proton. Trong đa số các loại nguyên tử, hạt
nhân có vài ba proton và những hạt khác nữa gọi là neutron. Một hoặc nhiều
electron thường quay tròn xung quanh hạt nhân.
9






Edmond Becquerel nước Pháp là
người đầu tiên để ý thấy ánh sáng có
thể làm cho các chất sinh ra điện. Đó
là vào năm 1839. Sau đó, các nhà
khoa học khác đã bắt tay vào nghiên
cứu các ràng buộc giữa ánh sáng, vật
chất và điện năng. Một người trong
số họ là Albert Einstein. Năm 1905,
ông đã giải thích làm thế nào các
nguyên tử hấp thu bức xạ điện từ (thí
dụ như ánh sáng) rồi sau đó giải
phóng các electron. Quá trình này
được gọi là hiệu ứng quang điện.
Einstein đã giành giải Nobel Vật lí
năm 1921 cho công trình nghiên cứu
về hiệu ứng này.
Các tế bào mặt trời đầu tiên
Russell Ohl là người đầu tiên đi đến

một tế bào mặt trời giống như các tế
bào được sử dụng ngày nay. Ông làm
việc tại Phòng thí nghiệm Bell ở
New Jersey. Tế bào của ông chế tạo
bằng silicon (silicon tìm thấy trong
cát và nhiều loại đá). Ông gọi tế bào
đó là “một dụng cụ điện nhạy sáng”.
Ông đã đăng kí một bằng phát minh
cho nó vào năm 1941. 5 năm sau,
ông lấy được bằng phát minh. Năm
1954, Phòng thí nghiệm Bell chế tạo
tế bào mặt trời thực tiễn đầu tiên. Nó
là tế bào đầu tiên sản xuất đủ điện
năng để chạy các dụng cụ điện thông
thường.

Trang đầu tiên trong bản đăng kí bằng sáng
chế tế bào mặt trời của Russell Ohl, năm
1941.